面向21世紀(jì)的低壓電器新技術(shù)

摘要：隨著WTO的加入，進入21世紀(jì)我國低壓電器面臨更大的挑戰(zhàn)，為了加速我國低壓電器的，以適應(yīng)新的形勢需要，及時國內(nèi)外低壓電器發(fā)展動態(tài)，了解和掌握當(dāng)前低壓電器的新技術(shù)具有重要意義。本文從智能電器、可通訊電器及信息電器；仿真技術(shù)與虛擬電器；環(huán)保電器；電器的高性能、小型化與結(jié)構(gòu)設(shè)計的化等幾個方面進行了探討。
關(guān)鍵詞：低壓電器智能電器可通訊電器信息電器
　　
隨著WTO的加入，進入21世紀(jì)我國低壓電器面臨更大的挑戰(zhàn)，為了加速我國低壓電器的發(fā)展，以適應(yīng)新的形勢需要，及時分析國內(nèi)外低壓電器發(fā)展動態(tài)，了解和掌握當(dāng)前低壓電器的新技術(shù)具有重要意義。本文從智能電器、可通訊電器及信息電器；仿真技術(shù)與虛擬電器；環(huán)保電器；電器的高性能、小型化與結(jié)構(gòu)設(shè)計的現(xiàn)代化等幾個方面進行了探討。

一、智能電器、可通訊電器與信息電器

　　微處理機和機技術(shù)引進低壓電器，一方面使低壓電器具有智能化的功能，另一方面使低壓開關(guān)電器，包括智能化斷路器和智能化電動機控制器實現(xiàn)與中央控制計算機雙向通訊。進入20世紀(jì)90年代，隨著計算機信息的發(fā)展，低壓配電系統(tǒng)和電動機控制中心已統(tǒng)一形成了智能化監(jiān)控、保護與信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

　　智能化低壓斷路器與電動機控制器是低壓開關(guān)柜和電動機控制中心實現(xiàn)智能化的主要電器元件。微處理器引入低壓斷路器，首先使斷路器的保護功能大大增強。諸如：它的三斷保護特性中的短延時可設(shè)置成I2t特性，以便與后一級保護更好地匹配；接地保護可實現(xiàn)選擇性，對斷續(xù)的電弧接地故障可帶記憶功能。
　　
　　用電的電網(wǎng)絡(luò)中使用大量的軟起動器、電力調(diào)速裝置和不間斷電源等，這些裝置都會使配電系統(tǒng)產(chǎn)生高次諧波，而模擬式電子脫扣器一般反映故障電流的峰值，因而電源的高次諧波會造成斷路器的誤動作。帶微處理的智能化斷路器反映負(fù)載電流真實的有效值（RMS值），它的采樣和保持電路能消除輸入信號中的高次諧波，因而能避免高次諧波造成的誤動作，它的中央處理單元能保證斷路器的正確動作。

　　與傳統(tǒng)的雙金屬熱繼電器相比，智能化過載繼電器有一系列的優(yōu)點。它能保護多種起動條件的電動機，具有很高的動作可靠性。它不但可保護電動機過載與斷相，并可保護接地、三相不平衡、反相或低電流等。由智能化電動機保護繼電器進一步開發(fā)的智能電動機控制器，兼有監(jiān)控、保護和通訊的功能，它的保護功能也較智能化電動機保護繼電器進一步增強。

　　由新型低壓電器元件與中央控制計算機組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的低壓配電系統(tǒng)與電動機控制中心相比有以下優(yōu)點：

　�、賹崿F(xiàn)中央計算機集中控制，提高了低壓配電系統(tǒng)自動化程度。低壓開關(guān)設(shè)備與中央控制計算機的數(shù)據(jù)信息雙向傳輸是指：一方面智能化斷路器或其它開關(guān)設(shè)備向中央控制計算機傳送線路和保護對象的運行參數(shù)，保護整定值和故障信息；另一方面中央控制計算機向智能化斷路器或其它開關(guān)設(shè)備發(fā)出操作指令，改變和調(diào)節(jié)保護整定值。
　　
　�、谑沟蛪号潆姟⒖刂葡到y(tǒng)的調(diào)度和維護達到新的水平。通過信息傳輸，中央控制計算機能存儲線路和被保護設(shè)備過去的運行參數(shù)及前10次甚至前50次故障情況。這些信息加上計算機強大的綜合計算能力，有助于操作者事先預(yù)測故障的產(chǎn)生和作出相應(yīng)的決策，使線路和設(shè)備的停機維修時間大大減少；信息傳輸也提高了對配電系統(tǒng)的電能調(diào)度能力，能保證在用電高峰階段，對重要用戶安全可靠地供電；信息傳輸可實現(xiàn)區(qū)域間連鎖保護，使前后級智能化斷路器的選擇性保護獲得合理的匹配。

　　③由于采用數(shù)字化的新型監(jiān)控元件，使開關(guān)柜平面上提供信息大幅度增加。通過液晶顯示板可測量并顯示相和線的電流、電壓、功率因數(shù)、功率等各種參數(shù)，也能顯示被保護對象和線路過去的運行參數(shù)和故障情況，它還可以以圖形方式顯示被整定的斷路器保護特性。

　�、鼙O(jiān)控元件和傳統(tǒng)的指示和指令電器相比較，接線簡單、便于安裝，提高了工作的可靠性。

　�、菘梢詫崿F(xiàn)數(shù)據(jù)共享，減少信息重復(fù)和信息通道

　　網(wǎng)絡(luò)通訊的發(fā)展，日益要求用戶和設(shè)備之間的開放性和兼容性，因而制定一個統(tǒng)一的通訊協(xié)議是急待解決的一個關(guān)鍵。目前由智能化電器與中央計算機通過接口構(gòu)成的自動化通訊網(wǎng)絡(luò)正從集中式控制向分布式控制發(fā)展�，F(xiàn)場總線技術(shù)的出現(xiàn)，不但為構(gòu)造分布式計算機控制系統(tǒng)提供條件，并且它即插即用，擴充性好，維護方便，因而目前這種技術(shù)成為國內(nèi)外關(guān)注的焦點。

　　現(xiàn)場總線是連接智能化現(xiàn)場設(shè)備和控制室之間全數(shù)字化、開放的雙向的局部通信網(wǎng)絡(luò)�，F(xiàn)場總線種類很多，比較有的有：CAN、Lonworks和Profibus等。它們各有特點和優(yōu)勢，在不同領(lǐng)域有不同的價值。但也正是現(xiàn)場總線技術(shù)多種多樣和通訊標(biāo)準(zhǔn)的各自為政，給這種技術(shù)的發(fā)展帶來不利的影響。目前國際電工委員會和現(xiàn)場總線基金會正致力于現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，我國有些單位也在做這方面工作，我們把基于現(xiàn)場總線技術(shù)，具有通信功能的電器稱為可通訊電器。目前現(xiàn)場總線技術(shù)正向上下兩端延伸，其上端和網(wǎng)絡(luò)的主干Ethernet、Intranet和Internet等通訊，其下端延伸到工業(yè)控制現(xiàn)場區(qū)域。這方面有西門子公司的AS接口和羅克威爾公司的Devicenet兩種總線系統(tǒng)，這兩種總線應(yīng)用于低層區(qū)域，是一種低成本的通信連接，它把工業(yè)控制用的傳感器和執(zhí)行器，包括：限位開關(guān)、光電傳感器、電動機起動器、按鈕指示燈、多功能繼電器等簡單的控制元件作為從設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)，與作為主設(shè)備的控制計算機或可編程邏輯控制器（PLC）進行通信，傳統(tǒng)的繼電接觸控制系統(tǒng)的觸點轉(zhuǎn)換信息變成二進制數(shù)字信息通過串行接口和尋址進行通信，這使傳統(tǒng)的低壓控制元件也有了革命性的變革，例如西門子AS總線系統(tǒng)中應(yīng)用的Logo多功能繼電器實際上是一個小型的PLC，它能起延時、閂鎖、記數(shù)器和脈沖繼電器等功能。

　　使智能電器進一步實現(xiàn)信息化，是使智能電器在現(xiàn)場級實現(xiàn)Internet/Intranet功能，其技術(shù)核心是實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議。把TCP/IP協(xié)議嵌入到智能電器的ROM中，使得信號的收發(fā)都以TCP/IP方式進行，進一步發(fā)展智能電器的信息化功能。利用Internet/intranet功能，不但使企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)授權(quán)用戶，并且在任何開通了Internet的地區(qū)都可以通過瀏覽共享現(xiàn)場信息，并對現(xiàn)場的智能電器進行遠程在線控制、編程、和組態(tài)等，這使智能化電器進入了信息電器的新。

　　低壓電器的一個重要功能是通斷能力，近年來智能電器發(fā)展的另一途徑是通過微處理器的智能控制來提高電器的通斷性能。一個令人關(guān)注的新動向是金鐘–默勒公司開發(fā)的新一代DIL-M系列接觸器，在它185A以上電流等級中采用了智能控制技術(shù)。接觸器閉合時觸頭的磨損主要是由于觸頭彈跳造成的斷續(xù)電弧而引起的，在AC-3工作任務(wù)下接觸器要在額定電壓下閉合6倍額定電流，因而它是影響觸頭電氣壽命的主要因素。DIL-M系列智能控制接觸器的電磁鐵線圈由一脈沖整流電壓供電，可以按照存儲在微處理器中的一個與反力特性配合最佳的吸力特性曲線來調(diào)節(jié)線圈電流，在接觸器吸合階段輸入寬脈沖電壓，使主觸頭安全可靠地吸合，在保持階段將輸入窄脈沖電壓，在足夠保持觸頭閉合條件下節(jié)能。由于采用了智能控制，這種接觸器在節(jié)省觸頭材料條件下，電氣壽命可達到1.3X106次，采用了智能控制，不同規(guī)格的接觸器，其電磁系統(tǒng)的截面等幾何尺寸一致，給生產(chǎn)上帶來了方便和節(jié)約，從而補償了由于電子控制帶來的額外支出。

　　智能化電器的發(fā)展，使電磁兼容性EMC變成越來越重要的問題。EMC要求包括兩種含義，一方面要求低壓電器在使用場合工作時，不受外界電磁干擾而引起誤動作，而另一方面要求電器的操作產(chǎn)生的電磁場不干擾附近的電子設(shè)備。目前國外對智能化電器和機電一起化產(chǎn)品的EMC問題非常重視，因為電磁干擾會引起這類系統(tǒng)失靈而誤動作，會造成巨大的損失。智能化電器和其保護、監(jiān)護系統(tǒng)把敏感的數(shù)字電器元件處于強電流及高電壓電磁場中，使這些設(shè)備的電磁抗干擾能力在設(shè)備設(shè)計和運行中已成為不可忽視的因素，因而在國外智能化電器和其系統(tǒng)在設(shè)計初始階段即制定嚴(yán)格的電磁兼容控制與管理計劃，該計劃主要包括產(chǎn)品或系統(tǒng)EMC分析，制定EMC設(shè)計技術(shù)指標(biāo)、設(shè)計計劃、標(biāo)準(zhǔn)、實施計劃與測試等，并把這一計劃作為產(chǎn)品或系統(tǒng)設(shè)計的重要一環(huán)。EMC分析和設(shè)計是為了達到EMC技術(shù)要求的關(guān)鍵工作，包括分析電子線路的輻射程度及抗干擾能力以及系統(tǒng)集成的電磁兼容性能，EMC設(shè)計包括電磁屏蔽，接地，導(dǎo)線間距的確定，以及考慮印刷電路板布線之間的電磁耦合等，目前隨著高頻電磁場數(shù)值分析和計算機硬年的發(fā)展，采用現(xiàn)代仿真技術(shù)取代傳統(tǒng)的測試方法和經(jīng)驗分析方法，已在EMC分析中起越來越大的作用。
二、仿真技術(shù)與虛擬電器

　　近年來國內(nèi)工廠和設(shè)計院所紛紛引進如UGH、Pro/E等三維計算機輔助設(shè)計軟件，這類軟件能實現(xiàn)在三維空間內(nèi)零部件和實體造型、裝配和自動生成工程圖紙，并且按照設(shè)計的零部件自動進行模具設(shè)計和生成數(shù)控編碼。這些軟件使國內(nèi)低壓電器設(shè)計工作上了一個新的臺階，但進一步要使產(chǎn)品設(shè)計滿足原始技術(shù)條件的要求，達到預(yù)定的電氣和機械性能，則需要采用仿真技術(shù)。

　　進行一個低壓電器產(chǎn)品的設(shè)計，當(dāng)根據(jù)給定的技術(shù)條件，確定了產(chǎn)品初步設(shè)計方案和尺寸后，必須進行工程分析或樣機實驗，來驗證設(shè)計方案是否附合原訂技術(shù)要求。長期以來人們用傳統(tǒng)的工程計算方法進行特性分析，精度很差，特別是作為低壓開關(guān)電器的主要特性，即開斷特性無法計算，因而人們不得不依靠樣機制造和實驗驗證來檢驗設(shè)計方案的可行性，這樣做法要花費大量人力和物力，并使得產(chǎn)品開發(fā)周期拉長，影響新產(chǎn)品的市場競爭力。

　　為了解決上述問題，近年來計算機摸擬和仿真技術(shù)得到快速發(fā)展，依靠這種新技術(shù)，人們可以在樣機制作以前就能精確掌握設(shè)計產(chǎn)品的性能，減少了重復(fù)樣機制作和實驗費用，加快了產(chǎn)品開發(fā)周期，并提高了產(chǎn)品性能，這是當(dāng)前低壓電器產(chǎn)品開發(fā)手段現(xiàn)代化的重要。

　　低壓電器的基本特性包括開斷能力、溫升、零部件的強度、電動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定、絕緣性能及其它電氣性能等。這就需要對設(shè)計對象的電磁場、應(yīng)力場、磁場等物理場域進行仿真和分析。計算機模仿和仿真技術(shù)的進展和商品有限元分析軟件性能的不斷提高為這種新技術(shù)在低壓電器的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。70-80年代的有限元分析軟件，前后處理工作十分繁鎖，例如進行一臺大型變壓器的電場分析、輸入各零部件的三維尺寸等原始數(shù)據(jù)，一般是幾天甚至幾個星期的艱苦勞動。進入90年代商品化的有限元分析軟件都和可視化技術(shù)結(jié)合起來，用特征造型方式輸入三維圖形代替每鎖的數(shù)據(jù)輸入，使輸入工作十分簡便而直觀，并且后處理部分使輸出的數(shù)據(jù)或三維圖形，方便地進行觀察和分析。與此同時，隨著解決復(fù)雜工程問題的需要，這種仿真和分析軟件更擴展到流體動力學(xué)、機械振動和機構(gòu)動力學(xué)等方面。目前，市場上已能提供各種精確的計算機仿真與分析軟件，這類軟件分成二種類型，一種是通用軟件，另一種是專用軟件，例如ANSYS（ANSYS公司）和NISA（EMRC公司）有限元通用仿真和分析軟件屬于第一類，這種軟件都包括應(yīng)力，溫度場、電磁場和流場等分析模塊，可以進行單種場域分析，也可進行綜合場分析，例如計算熔斷器的保護特性，首先要計算熔片中電流場的分布，然后是熱特性的計算，這是電流場和瞬態(tài)熱場計算的綜合，專用軟件是指用于專門的場合，如ADAMS軟件用于機構(gòu)動態(tài)分析，VACTOR　FIELDS軟件專門用于各種電磁場問題的分析。這兩種軟件都有可視化的前后處理摸塊，并且都有工作站和微機兩種版本。近年來國外著名公司更是把特性的計算機仿真和分析看作是產(chǎn)品開發(fā)手段現(xiàn)代化的一個重要措施，如日本的富士公司在開發(fā)SC新系列接觸器中，認(rèn)為計算機仿真和采用新材料，是使新系列接觸器性能達到高水平的關(guān)鍵，他們開發(fā)了一套對接觸器可動部分動態(tài)仿真的軟件系統(tǒng)，對接觸器可動部分，包括鐵心和觸頭系統(tǒng)進行了動態(tài)仿真，分析了各種參數(shù)對鐵心及觸頭碰撞后的彈跳的影響，從而選擇了最佳的設(shè)計參數(shù)，日本的三菱公司和德國金鐘–默勒公司都以商品計算機分析軟件為基礎(chǔ)，通過二次開發(fā)建立自己的低壓斷路器設(shè)計和開發(fā)的計算機仿真系統(tǒng)。

　　通過計算機仿真可獲得產(chǎn)品設(shè)計的可行性方案，即保證設(shè)計方案滿足所制定技術(shù)條件的要求，但尚不是經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)最佳的方案，為了達到經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)的最佳，這就需要把仿真技術(shù)和最優(yōu)化方法結(jié)合起來。一些商品仿真軟件，如上面提到的ANSYS軟件就提供一系列優(yōu)化工具，能自動調(diào)整設(shè)計對象的幾何形狀，使規(guī)定的目標(biāo)達到最優(yōu)。如德國著名的低壓電器專家Lindmayer教授利用ANSYS軟件，把磁場仿真和優(yōu)化結(jié)合起來，改變鐵心尺寸和線圈位置，實現(xiàn)了電磁鐵的優(yōu)化設(shè)計。

　　計算機圖形技術(shù)的發(fā)展，一種新的三維機交互式圖形技術(shù)，即虛擬現(xiàn)實（Virtual　reality）技術(shù)的出現(xiàn)，給計算機仿真技術(shù)的發(fā)展，開辟了新的天地，虛擬現(xiàn)實與傳統(tǒng)的交互式三維圖形技術(shù)不同，后者操作者是在計算機外的現(xiàn)實世界操作計算機的圖形，而前者則可讓操作者進入計算機里的虛擬世界親臨其境地進行操作，把這種技術(shù)和計算機仿真相結(jié)合就可以在計算機內(nèi)設(shè)計產(chǎn)品，這種產(chǎn)品我們稱為虛擬產(chǎn)品，設(shè)計者可以在“虛擬”環(huán)境中對產(chǎn)品進行仿真和優(yōu)化，這是計算機仿真技術(shù)的發(fā)展方向。長期以來，我國低壓電器產(chǎn)品往往是把各所和工廠有關(guān)技術(shù)人員集中在一處，進行聯(lián)合設(shè)計，這種方式使大多數(shù)設(shè)計人員脫離本廠的環(huán)境而造成諸多不便。90年代以來出現(xiàn)的計算機協(xié)同設(shè)計CSCD（Computer　Supported　Cooperative　Design）技術(shù)，可提供遠程異地協(xié)同設(shè)計的環(huán)境，它是基于Internet而實現(xiàn)的一種群體設(shè)計的新概念，最近國外的計算機輔助設(shè)計軟件如PRO/E和Internet等已新增了這方面的功能。依靠這種技術(shù)，人們可以在不同地點通過Internet共同討論設(shè)計方案，繪制和修改設(shè)計圖紙。
三、環(huán)保電器

　　隨著工農(nóng)業(yè)的，環(huán)境保護日趨嚴(yán)重，這對大量使用的低壓電器提出新的要求。低壓電器中幾近80%的材料是塑料，因而對這些材料來說，一方面要保證長的壽命和電器本身的工作可靠性，還應(yīng)考慮環(huán)保要求，即無污染，并且可以回收。不含CFC或鹵素的阻燃的塑料已得到推廣和。

　　長期以來由于AgCdO有較好的耐電弧侵蝕能力，因而在低壓電器、特別是作為控制電器的觸頭材料得到廣泛應(yīng)用。但近年來由于AgCdO材料有毒，從環(huán)保要求出發(fā)，以AgSnO2代替AgCdO材料已經(jīng)得到推廣。但AgSnO2的觸頭溫升過高，一直是一個關(guān)鍵技術(shù)問題。目前國際上一些觸頭材料生產(chǎn)廠都在如何通過加入添加劑來阻止觸頭表面SnO2膜的生成來降低觸頭溫升。德國DegussaAG公司推出以WO3和BiO3兩種材料復(fù)合作為添加劑的AgSnO2SPWIII新牌號材料，不但有與AgCdO相接近的溫升，并且在抗電弧侵蝕及抗熔焊性能上較老的牌號AgSnO2材料有較大的提高。

　　采用真空技術(shù)與電力技術(shù)是解決環(huán)保電器的重要途徑。目前真空技術(shù)在中壓開關(guān)領(lǐng)域已具統(tǒng)治地位，在低壓開關(guān)領(lǐng)域近幾年也有很大的發(fā)展。真空中不存在氣體，在開斷故障電路時僅能產(chǎn)生能量較少的金屬蒸汽電弧，其強度、燃弧時間和對觸頭的燒蝕都比空氣中少，因而真空開關(guān)是不需要維護的。從環(huán)保的角度來看，真空開關(guān)的觸頭系統(tǒng)是封閉在真空管殼中，觸頭開斷時產(chǎn)生的電弧不會環(huán)境，因而它可以工作在苛刻的不利的工作環(huán)境下。在低壓電器領(lǐng)域中，盡管它的價格比一般空氣中滅弧的開關(guān)電器的價格要高，但它的優(yōu)良性能和環(huán)保作用已越來越引起人們的關(guān)注。原先真空接觸器一般用于特殊環(huán)境下，目前由于真空技術(shù)的進展、真空技術(shù)的應(yīng)用已推廣至通用的接觸器。最近，德國金鐘–默勒公司新推出的接觸器系列，其額定電流580A至820A的規(guī)格采用了真空接觸器。這種接觸器有非常高的電器壽命，并且由于沒有飛弧，需要的安裝空間少，外殼的視窗便于觀察觸頭的磨損情況。真空技術(shù)也應(yīng)用于低壓斷路器，西門子公司于九十年代中期首先推出了3WS1真空低壓斷路器，其額定電流是630A至2500A，開斷能力達50KA。目前國內(nèi)研究單位和工廠也正積極開發(fā)這種產(chǎn)品，主要目標(biāo)是提高其額定電流和開斷能力。

　　由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，新型電子器件如GTO，GTR及IGBT等第三代大功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的出現(xiàn)，固態(tài)無觸點開關(guān)近年來也得到很大的發(fā)展。與機械式開關(guān)相比較，它是一種無電弧開關(guān)，因而它有很長的壽命，并且不需要維護，從環(huán)保角度來看，一方面因為沒有電弧，不會因為電弧引起觸頭材料和塑料氣化而污染環(huán)境，另一方面也不會因為環(huán)境污染而使觸頭上產(chǎn)生氧化膜而影響接觸可靠性。由于沒有觸頭，機械式開關(guān)因電弧的作用使觸頭發(fā)熱現(xiàn)象也不存在，這樣無觸點開關(guān)的操作頻率可達到很高，固態(tài)斷路器由于工作過程中的損耗大，并且缺乏足夠額定電壓和電流的功率電子器件，加上體積大、價格高，因而限制了它的應(yīng)用。但近十年來的研究工作使它的缺點逐步在克服，Takamu【2】提出了一種混合式固態(tài)斷路器，它應(yīng)用于400V的低壓線路，主回路由可關(guān)斷晶閘管GTO與真空開關(guān)并聯(lián)組成，以保證在正常工作時由真空開關(guān)接通電路，以減少GTO的功率損耗。帶靈敏繼電器的固態(tài)斷路器線路中應(yīng)用了一種快速反應(yīng)的過流保護，去降低短路電流對晶閘管GTO的過熱作用，當(dāng)線路發(fā)生故障時，過流繼電器送出的信號同時打開真空開關(guān)和接通GTO裝置，真空開關(guān)上出現(xiàn)的電弧電壓把故障電流轉(zhuǎn)移到GTO回路中。緊接著，GTO快速關(guān)斷，使斷路器開斷故障電流，這種線路減輕GTO的負(fù)擔(dān)取決于靈敏繼電器的快速動作。另一線路由Brice【3】等提出，把混合式固態(tài)斷路器與聚合物限流電阻PTC結(jié)合起來。PTC是一種具有正溫度特性的熱敏元件，其反應(yīng)速度非�？欤�當(dāng)溫度上升至居里溫度，它的電阻就急劇增大，以限制短路電流。帶PTC的固態(tài)斷路器，PTC限流電阻與GTO裝置相串連，當(dāng)開斷故障電流時，依靠PTC的限流作用，減輕了GTO裝置的負(fù)擔(dān)。在以上兩種固態(tài)斷路器中，金屬氧化物避雷器和吸收電路是用于吸收GTO通斷時的過電壓。

四、高性能、小型化與結(jié)構(gòu)設(shè)計化

　　由于城市電網(wǎng)的發(fā)展，配電變壓器容量增大，對低壓開關(guān)電器提出了高性能、小型化要求。為了提高低壓開關(guān)電器的開斷能力，國外公司提出了一些新的滅弧系統(tǒng)和限流技術(shù)，其中日本三菱公司在該公司發(fā)明的VJC技術(shù)基礎(chǔ)上又提出了一種ISTAC技術(shù)。這種技術(shù)一方面通過導(dǎo)電回路的特殊布置來增加作用在動觸桿的電動力，另一方面使用VJC材料形成的窄縫加強對電弧冷卻作用。梅蘭日蘭公司則推出一種旋轉(zhuǎn)式雙斷點的限流結(jié)構(gòu)，并在前后級保護特性配合方面提出一種“能量匹配”的新概念。近年來，如上面已提到的PTC熱敏限流電阻受到人們的極大興趣，首先把這種限流電阻和塑殼開關(guān)串聯(lián)使用，可大大增強限流效應(yīng)，目前PTC電阻還可以單獨作為限流器使用，并且應(yīng)用范圍已擴大到中壓領(lǐng)域。

　　開關(guān)電器小型化有兩種含義，一方面是電器本身的尺寸要小，另一方面是減少噴弧距離或?qū)崿F(xiàn)“無飛弧”以縮小安裝這種電器的開關(guān)柜尺寸。三菱公司提出的新型接觸器，在滅弧室出氣口加裝了用以壓制熱氣流的多孔金屬板，可以使噴出熱氣流的溫度降低到原來的10%，我國新設(shè)計的S系列和TM30系列塑殼斷路器及DW40框架斷路器都已作到了零飛弧。

　　對接觸器來說，由于控制系統(tǒng)中電子器件增加，因而與PLC等電子器件的接口日趨重要，富士公司設(shè)計的新系列NEOSC系列中輔助觸點設(shè)計成5V和3mA以與電子器件接口。接觸器線圈節(jié)能技術(shù)近年來也有很大的發(fā)展，富士公司NEOSC系列接觸器采用改進的超級電磁鐵，不但保持原設(shè)計的節(jié)能和電源電壓降低至極限值時能可靠工作的特色，并且能在保證50%額定電壓時可靠吸合條件下，而在額定電壓時較原設(shè)計的吸力特性有較大幅度下降，使吸反力特性得到良好的配合，從而使新系列接觸器在吸合時，其沖擊較原產(chǎn)品降低80%。改進后的超級電磁鐵仍為一般電子控制，進一步發(fā)展為如上介紹的智能控制，用微處理器來控制電磁鐵的動態(tài)特性。目前除金鐘–默勒公司外，ABB公司也推出類似產(chǎn)品。

　　當(dāng)前低壓電器在結(jié)構(gòu)設(shè)計上廣泛應(yīng)用模塊化、組合化、模數(shù)化和零部件通用化。模塊化是電器制造過程大為簡便，通過不同模塊積木式的組合，使電器可獲得不同的附加功能。組合化使不同功能的電器組合在一起，有利于電器結(jié)構(gòu)緊湊，減少線路中所需的元件品種，并使保護特性得到良好的配合。模數(shù)化使電器外形尺寸規(guī)范化，便于安裝和組合。不同額定值或不同類型電器實現(xiàn)零部件通用化，對制造廠商來說，將大大減小產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)的費用；對用戶來說，也便于維修和減少零部件的庫存量。目前，低壓電器結(jié)構(gòu)設(shè)計的現(xiàn)代化有新的發(fā)展，ABB公司推出的新系列接觸器產(chǎn)品提出低壓配電系統(tǒng)一體化設(shè)計的新概念，新型的塑殼斷路器面板上都有一個小門，各種功能模塊通過這個小門可安裝于操作機構(gòu)兩側(cè)空余的間隙內(nèi)，以縮小整個開關(guān)柜的體積。日本三菱和富士新系列的塑殼斷路器把各種電流規(guī)格的產(chǎn)品設(shè)計成同一高度以利于開關(guān)柜的布置，施耐德公司的Masterpact從800A到3200A的產(chǎn)品采用同一個框架尺寸，這樣不但便于安裝，并且使零部件的通用性增強。人機工程的引入更使斷路器的外觀造型改變了過去單調(diào)的樣式，變得明快和美觀。西屋公司提出面板設(shè)計的“透明”觀點，要求低壓電器的面板要做到界面友好，所有在面板上的操作手柄、按鈕和顯示器要做到顯而易見，并且對操作者安全可靠。

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